太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類與介紹

光伏系統(tǒng)定義：光伏系統(tǒng)是利用太陽電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。 　　太陽能光伏系統(tǒng)的分類與介紹 　　一般我們將光伏系統(tǒng)分為獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式，應(yīng)用規(guī)模和負載的類型，對光伏供電系統(tǒng)進行比較細致的劃分。還可以將光伏系統(tǒng)細分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC）;簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC）;大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC）;交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）;并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnect）;混合供電系統(tǒng)（Hybrid）;并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點進行說明。 　　1.小型太陽能供電系統(tǒng)（SmallDC） 　　該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。其主要用途是一般的家庭戶用系統(tǒng)，各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西部地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負載為直流燈，用來解決無電地區(qū)的家庭照明問題。 　　2.簡單直流系統(tǒng)（SimpleDC） 　　該系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中的負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直接使用光伏組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系統(tǒng)、一些白天臨時設(shè)備用電和一些旅游設(shè)施中。下圖顯示的就是一個簡單直流的PV水泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會效益。 　　3大型太陽能供電系統(tǒng)（LargeDC） 　　與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍然是適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)通常負載功率較大，為了保證可以可靠地給負載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的應(yīng)用形式有通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電，航標燈塔、路燈等。我國在西部一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用的這種形式，中國移動公司和中國聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通訊基站也有采用這種光伏系統(tǒng)供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。 　　4交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC） 　　與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統(tǒng)的負載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通訊基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到應(yīng)用。 　　5并網(wǎng)系統(tǒng)（UtilityGridConnect） 　　種太陽能光伏系統(tǒng)最大的特點就是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入市電網(wǎng)絡(luò)，并網(wǎng)系統(tǒng)中PV方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負載需求時就由電網(wǎng)供電。因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用PV方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對電壓，頻率等指標的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負載的電源。降低了整個系統(tǒng)的負載缺電率。而且并網(wǎng)PV系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但是，并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。 　　6混合供電系統(tǒng)（Hybrid） 　　這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點，避免各自的缺點。比方說，上述的幾種獨立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點是維護少，缺點是能量的輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機和光伏陣列的混合供電系統(tǒng)和單一能源的獨立系統(tǒng)相比就可以提供不依賴于天氣的能源，它的優(yōu)點是： 　　1.使用混合供電系統(tǒng)的還可以達到可再生能源的更好的利用。因為使用可再生能源的獨立系統(tǒng)通常是按照最壞的情況進行設(shè)計，因為可再生能源是變化的，不穩(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時期進行設(shè)計。由于系統(tǒng)是按照最差的情況進行設(shè)計，所以在其他的時間，系統(tǒng)的容量是過大的。在太陽輻照最高峰時期產(chǎn)生的多余的能量沒法使用而浪費了。整個獨立系統(tǒng)的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導致浪費的能量等于甚至超過設(shè)計負載的需求。 　　2.具有較高的系統(tǒng)實用性。在獨立系統(tǒng)中因為可再生能源的變化和不穩(wěn)定會導致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負載需求的情況，也就是存在負載缺電情況，使用混合系統(tǒng)則會大大的降低負載缺電率。 　　3.和單用柴油發(fā)電機的系統(tǒng)相比，具有較少的維護和使用較少的燃料。 　　4.較高的燃油效率。在低負荷的情況下，柴油機的燃油利用率很低，會造成燃油的浪費。在混合系統(tǒng)中可以進行綜合控制使得柴油機在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。 　　5.負載匹配更佳的靈活性。使用混合系統(tǒng)之后，因為柴油發(fā)電機可以即時提供較大的功率， 　　所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負載系統(tǒng)，例如可以使用較大的交流負載，沖擊載荷等。還可以更好的匹配負載和系統(tǒng)的發(fā)電。只要在負載的高峰時期打開備用能源即可簡單的辦到。有時候，負載的大小決定了需要使用混合系統(tǒng)，大的負載需要很大的電流和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會很高。 　　混合系統(tǒng)還有其自身的缺點： 　　1.控制比較復雜。因為使用了多種能源，所以系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，處理各個子能源系統(tǒng)之間的相互影響、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運作，這樣就導致其控制系統(tǒng)比獨立系統(tǒng)復雜，現(xiàn)在多使用微處理芯片進行系統(tǒng)管理。 　　2.初期工程較大。混合系統(tǒng)的設(shè)計，安裝，施工工程都比獨立工程要大。 　　3.比獨立系統(tǒng)需要更多的維護。油機的使用需要很多的維護工作，比如更換機油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給燃油箱添加燃油等。 　　4.污染和噪音。光伏系統(tǒng)是無噪音，無排放的潔凈能源利用，但是因為混合系統(tǒng)中使用了柴油機，這樣就不可避免的產(chǎn)生噪音和污染。 　　很多在偏遠無電地區(qū)的通信電源和民航導航設(shè)備電源，因為對電源的要求很高，都是采用的混合系統(tǒng)供電，以求達到最好的性價比。我國新疆、云南建設(shè)的很多鄉(xiāng)村光伏電站就是采用光/柴混合系統(tǒng)。 　　7并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)（Hybrid） 　　隨著太陽能光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏組件陣列，市電和備用油機的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個系統(tǒng)的運行，綜合利用各種能源達到最佳的工作狀態(tài)，并還可以使用蓄電池進一步提高系統(tǒng)的負載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以為本地負載提供合格的電源，并可以作為一個在線的UPS（不間斷電源）工作。還可以向電網(wǎng)供電或者從電網(wǎng)獲得電力。系統(tǒng)的工作方式通常的是將市電和太陽能電源并行工作，對于本地負載而言，如果光伏組件產(chǎn)生的電能足夠負載使用，它將直接使用光伏組件產(chǎn)生的電能供給負載的需求。如果光伏組件產(chǎn)生的電能超過即時負載的需求還能將多余的電能返回到電網(wǎng);如果光伏組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動啟用市電，使用市電供給本地負載的需求，而且，當本地負載的功率消耗小于SMD逆變器的額定市電容量的60%時，市電就會自動給蓄電池充電，保證蓄電池長期處于浮充狀態(tài);如果市電產(chǎn)生故障，即市電停電或者是市電的品質(zhì)不合格，系統(tǒng)就會自動的斷開市電，轉(zhuǎn)成獨立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負載所需的交流電能。一旦市電恢復正常，即電壓和頻率都恢復到上述的正常狀態(tài)以內(nèi)，系統(tǒng)就會斷開蓄電池，改為并網(wǎng)模式工作，由市電供電。有的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)中還可以將系統(tǒng)監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)采集功能集成在控制芯片中。這種系統(tǒng)的核心器件是控制器和逆變器。